DE102008004368A1 - Electrical memory's e.g. traction battery, power, electrical operation and/or charge amount determining method for e.g. hybrid vehicle, involves charging model by current, power and temperature profiles characterizing circuit operating mode - Google Patents

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Abstract

The method involves computing power, electrical operation and/or charge amount available for removal at a time point using a mathematical model from a parameter characterizing a charging state of an electrical memory (12) e.g. traction battery, at another time point. The model is charged by a current requirement profile and/or a power requirement profile and/or a temperature profile characterizing an operating mode of an electrical circuit. The associated available power and/or the electrical operation and/or the charge amount are determined. An independent claim is also included for a device for executing a method for determining power, electrical operation and/or a charge amount of an electrical memory.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer zu einem jeweiligen Zeitpunkt zur Verfügung stehenden Leistung und/oder elektrischen Arbeit und/oder entnehmbaren Ladungsmenge eines in einem Stromkreis eingebundenen elektrischen Speichers, insbesondere einer Batterie, mittels eines Modells zur Nachbildung des elektrischen Speichers, wobei das Modell aus mindestens einem den Ladezustand des Speichers kennzeichnenden Parameter zu mindestens einem ersten Zeitpunkt eine zur Entnahme zur Verfügung stehende Leistung und/oder elektrische Arbeit und/oder Ladungsmenge zu mindestens einem zweiten Zeitpunkt berechnet.The The invention relates to a method for determining a respective one Time available power and / or electrical work and / or removable amount of charge of an integrated in a circuit electrical storage, in particular a battery, by means of a model to replicate the electric storage, the model being made at least one of the state of charge of the memory characterizing parameters at least a first time one available for removal standing power and / or electrical work and / or amount of charge calculated at least a second time.

Stand der TechnikState of the art

Ein derartiges Verfahren zur Bestimmung einer aus dem elektrischen Speicher entnehmbaren Ladungsmenge zu einem vorgebbaren Zeitpunkt ist bekannt. Die DE 103 01 823 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ermitteln einer aus einem elektrischen Speicher bis zu einem vorgegebenen Entladeschluss entnehmbare Ladung, wobei aus einem als Entladestromverlauf ausgebildeten, den Ladezustand (Ladungszustand) des Speichers kennzeichnenden Parameter auf der Grundlage eines mathematischen Modells eine Zustandsgröße bestimmt wird, aus der die aus dem elektrischen Speicher entnehmbare Ladungsmenge ermittelt werden kann. Die Zustandsgröße ist eine dimensionslose Kennzahl (Ladungsprädikationskennzahl), die Aussagen über den Ladezustand (SOC: State of Charge) und/oder den Gesundheits-/Alterungszustand (State of Health) und/oder die Leistungsbereitschaft (State of Function) des elektrischen Speichers zulässt. Der Ladezustand ist beispielsweise als Quotient aus der aktuell im elektrischen Speicher enthaltenen Ladung und der Nennkapazität des Speichers definiert. Die Bestimmung des Ladezustands erfolgt bei einem als Batterie ausgebildeten elektrischen Speicher insbesondere durch seine Rückführung auf eine Ruhespannungskennlinie, durch eine Amperestunden-Bilanz oder auch explizit aus den Zuständen des Modells. Unter dem Gesundheits-/Alterungszustand ist im Allgemeinen der Quotient aus der aktuell zur Verfügung stehenden Ladungsmenge zu der zu Beginn der Nutzung des elektrischen Speichers zur Verfügung stehenden Ladungsmenge bei beliebig langsamer Ladung/Entladung zu verstehen. Die Leistungsbereitschaft ist die maximale Lade- und Entladeleistung des elektrischen Speichers. Der den Ladezustand des Speichers kennzeichnende Parameter ist eine aktuelle Betriebsgröße, wie zum Beispiel die aktuelle Spannung, der aktuelle Lade- beziehungsweise Entladestrom und/oder die aktuelle Temperatur des elektrischen Speichers.Such a method for determining an amount of charge which can be removed from the electrical store at a predeterminable time is known. The DE 103 01 823 A1 describes a method and a device for determining a charge which can be taken from an electrical store up to a predetermined discharge end, wherein a state variable is determined from a parameter characterizing the state of charge (charge state) of the store on the basis of a mathematical model the amount of charge removable from the electrical storage can be determined. The state variable is a dimensionless characteristic number (charge prediction ratio) which allows statements about the state of charge (SOC) and / or the health / aging state (state of health) and / or the state of function of the electrical storage. The state of charge is defined, for example, as the quotient of the charge currently contained in the electrical storage and the nominal capacity of the storage. The state of charge is determined in the case of a battery designed as electrical memory in particular by its return to a rest voltage characteristic, by an ampere-hour balance or even explicitly from the states of the model. Under the health / aging state is generally the quotient of the currently available amount of charge at the beginning of the use of the electrical storage available amount of charge at any slow charge / discharge to understand. The willingness to perform is the maximum charging and discharging capacity of the electrical storage. The parameter characterizing the state of charge of the memory is a current operating variable, such as, for example, the current voltage, the current charge or discharge current and / or the current temperature of the electrical storage.

Um eine vorteilhafte Lade-/Entladestrategie des elektrischen Speichers im Stromkreis realisieren zu können, muss eine Vielzahl von möglichen Betriebsarten des Stromkreises berücksichtigt und gegeneinander abgewägt werden. Ist dies nicht möglich oder zu rechenintensiv, so muss der Betriebsbereich des elektrischen Speichers vorsorglich eingeschränkt werden, um zum Beispiel einer unvorhersehbaren Alterung entgegenzuwirken. Dies lässt jedoch einen großen Teil der verfügbaren Kapazität des elektrischen Speichers für den Betrieb ungenutzt.Around an advantageous charging / discharging strategy of the electrical storage In the circuit to be able to realize a variety considered by possible operating modes of the circuit and weighed against each other. Is this not possible or too computationally intensive, so the operating range of the electric Memory can be restricted as a precaution, for example to counteract unpredictable aging. This leaves however, a large part of the available capacity of the electrical storage unused for operation.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Zur Nutzung des elektrischen Speichers in einem großen Betriebsbereich ist vorgesehen, dass das Modell mittels mindestens eines eine jeweilige Betriebsart des Stromkreises kennzeichnenden Stromanforderungsprofils und/oder Leistungsanforderungsprofils und/oder Temperaturprofils beaufschlagt und die dazugehörige zur Verfügung stehende Leistung und/oder elektrische Arbeit und/oder Ladungsmenge ermittelt wird. Ein Vorteil dieser Vorgehensweise ist, dass das Modell als sogenannte „Black Box", also unabhängig von seiner internen Modellstruktur, mittels mindestens eines Stromanforderungsprofils, Leistungsanforderungsprofils und/oder Temperaturprofils beaufschlagt wird. Unterschiedliche Stromanforderungsprofile können dabei zum Beispiel den häufigsten Betriebsarten entsprechen, in denen der Stromkreis betrieben wird.to Use of electrical storage in a large operating range it is provided that the model by means of at least one a respective operating mode the circuit characteristic current requirement profile and / or Power requirement profile and / or temperature profile applied and the associated available service and / or electrical work and / or amount of charge is determined. An advantage of this approach is that the model is called a "black box", independent of its internal model structure, by means of at least one power request profile, power request profile and / or temperature profile is applied. Different power requirement profiles can, for example, the most common modes correspond, in which the circuit is operated.

Alternativ oder zusätzlich wird das Modell mit mindestens einem Leistungsanforderungsprofil beaufschlagt. Die dem Stromanforderungs- und/oder Leistungsanforderungsprofil zugeordneten Temperaturprofile kennzeichnen die Betriebsbedingungen. Aus der elektrischen Arbeit kann eine maximale Zeitspanne Δt bestimmt werden, in der der elektrische Speicher mit einer bestimmten Leistung belastet werden kann. Unter einem Modell wird im Zusammenhang mit dieser Anmeldung eine Einrichtung oder zumindest eine mathematische Funktion verstanden, die den elektrischen Speicher nachbildet und Ausgangsgrößen ausgibt, die zu charakteristischen Größen des Speichers proportional sind.alternative or additionally, the model with at least one performance requirement profile applied. The power request and / or power requirement profile associated temperature profiles characterize the operating conditions. Out The electrical work can be a maximum period .DELTA.t be determined, in which the electric storage with a specific Performance can be charged. Under a model is related with this application a device or at least a mathematical Understood function, which simulates the electrical memory and Outputs outputs that are too characteristic Sizes of the memory are proportional.

Die Bestimmung der zu einem vorgegebenen Zeitpunkt zur Entnahme zur Verfügung stehenden Leistung und/oder Ladungsmenge des elektrischen Speichers innerhalb des Stromkreises (Leistungs-/Ladungsprädikation) wird erreicht, indem das Modell, insbesondere ein mathematisches Modell, zur Nachbildung des elektrischen Speichers virtuell mit dem entsprechenden Leistungs- und/oder Stromanforderungsprofil und/oder Temperaturprofil "belastet" wird: Zur möglichst raschen und genauen Bestimmung der zur Verfügung stehenden Leistung und/oder Ladungsmenge zu einem wählbaren Zeitpunkt wird das Modell insbesondere mit bekannten Stromanforderungsprofilen, Leistungsanforderungsprofilen beziehungsweise Temperaturprofilen beaufschlagt, sodass dieses Verfahren genutzt werden kann, um eine Betriebsartenauswahl entsprechend des Zustands des elektrischen Speichers durchzuführen.The determination of the power and / or charge quantity of the electrical storage within the circuit (power / charge predication) available at a given time for removal is achieved by virtue of the model, in particular a mathematical model, for simulating the electrical storage virtually with the corresponding one Power and / or power demand profile and / or temperature profile is "charged": For the fastest possible and accurate determination of the available power and / or amount of charge at a selectable time, the model is in particular with known Current demand profiles, power requirement profiles or temperature profiles applied so that this method can be used to perform a mode selection according to the state of the electrical memory.

Mit Vorteil ist vorgesehen, dass der elektrische Speicher in dem Stromkreis eines Fahrzeugs ausgebildet ist. Der elektrische Speicher eines Fahrzeugs, insbesondere Kraftfahrzeugs, wird im Betrieb des Fahrzeugs durch Belastung entladen und zum Beispiel mittels eines Generators wieder aufgeladen. Die gewählte Betriebsart des Stromkreises hat somit einen großen Einfluss auf den Ladezustand, den Gesundheits-/Alterungszustand und die Leistungsbereitschaft des elektrischen Speichers. Insbesondere ist vorgesehen, dass das Fahrzeug einen in den Stromkreis eingebundenen Elektroantrieb mit mindestens einer als Elektromotor verwendbaren elektrischen Maschine aufweist.With Advantage is provided that the electrical memory in the circuit a vehicle is formed. The electrical storage of a Vehicle, in particular motor vehicle, is in operation of the vehicle discharged by load and for example by means of a generator recharged. The selected operating mode of the circuit thus has a great influence on the state of charge, the Health / aging status and the motivation of the electrical storage. In particular, it is provided that the vehicle an electric drive integrated in the circuit with at least having an electric machine usable as an electric motor.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Fahrzeug einen Hybridantrieb mit mindestens einem Verbrennungsmotor und mindestens einer im Stromkreis eingebundenen elektrischen Maschine als Antriebsmaschinen aufweist. Die elektrische Maschine arbeitet als Elektromotor, der den elektrischen Speicher im Motorbetrieb entlädt und/oder als Generator, der den elektrischen Speicher im Generatorbetrieb auflädt. Ein derartiger Hybridantrieb weist alternative Betriebsarten des Stromkreises mit charakteristischen Belastungen für den elektrischen Speicher auf. Die Betriebsarten des Stromkreises ergeben sich aus unterschiedlichen Betriebsarten des Fahrzeugs. Der elektrische Speicher für einen Hybridantrieb ist bevorzugt als Traktionsbatterie ausgebildet.In a development of the invention is provided that the vehicle a hybrid drive with at least one internal combustion engine and at least an electric machine integrated in the circuit as driving machines having. The electric machine works as an electric motor, the discharges the electric storage in engine operation and / or as a generator, the electric storage in the generator mode charging. Such a hybrid drive has alternative Operating modes of the circuit with characteristic loads for the electrical storage on. The operating modes of the circuit arise from different operating modes of the vehicle. The electric storage for a hybrid drive is preferred designed as a traction battery.

Weiterhin ist vorgesehen, dass die mindestens eine Betriebsart des Fahrzeugs mit Hybridantrieb ein elektrisches Fahren, ein Boostbetrieb, ein Rekuperationsbetrieb, ein Start des Verbrennungsmotors und/oder ein Ladebetrieb ist. Bei diesen unterschiedlichen Betriebsarten des Fahrzeugs ergeben sich unterschiedliche Betriebsarten des Stromkreises mit charakteristischen Ladestrom- und/oder Entladestrom-Verläufen des elektrischen Speichers.Farther is provided that the at least one operating mode of the vehicle with hybrid drive an electric drive, a boost operation, a recuperation operation, a start of the internal combustion engine and / or a loading operation is. at These different operating modes of the vehicle arise different operating modes of the circuit with characteristic Charging current and / or discharge current curves of the electrical Memory.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine der Betriebsarten aufgrund der Berechnung des Modells ausgewählt und angewendet wird.In an advantageous embodiment of the invention is provided that one of the modes due to the calculation of the model is selected and applied.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass für mindestens eine Betriebsart ein Ladungsprädikationskennfeld erstellt wird. Zur raschen Bestimmung der aus dem elektrischen Speicher entnehmbaren Ladung zu einem jeweiligen Zeitpunkt werden zum Beispiel alternative, bekannte Stromanforderungsprofile beziehungsweise Temperaturprofile genutzt. Alternativ ist mit Vorteil vorgesehen, dass die Stromanforderungsprofile beziehungsweise Temperaturprofile zeitnah erstellt werden. Anschließend wird das Modell mit diesen Stromanforderungs- beziehungsweise Temperaturprofilen beaufschlagt und mittels des von den Stromanforderungsprofilen beziehungsweise Temperaturprofilen "belasteten" Modells ein entsprechendes Ladungsprädikationskennfeld erstellt. Alternativ oder zusätzlich ist vorgesehen, dass für mindestens eine Betriebsart ein Leistungsprädikationskennfeld erstellt wird.To a development of the invention is provided that for at least one mode is a charge prediction map is created. For the rapid determination of the electrical memory removable charge at any given time, for example alternative, known power requirement profiles or temperature profiles used. Alternatively, it is advantageously provided that the current requirement profiles or temperature profiles are created promptly. Subsequently becomes the model with these current demand or temperature profiles acted upon and by means of the current demand profiles respectively Temperature profiles "loaded" model a corresponding charge prediction map created. Alternatively or additionally, it is provided that for at least one mode a Leistungsprädikationskennfeld is created.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Ladungsprädikationskennfeld als Matrix mit Ladungsmengenparametern darstellbar ist. Die Ladungsmengenparameter sind die Matrixelemente Qij der Matrix und geben den Betrag der zu einem Zeitpunkt t entnommenen Ladung an. Die Ladungsmengenparameter werden berechnet bis eine vorgebbare Abbruchbedingung der Berechnung erfüllt ist. Das Ladungsprädikationskennfeld beziehungsweise jedes der Ladungsprädikationskennfelder gibt insbesondere einen Ladungsmengenverlauf über der Zeit für seine zugehörige Betriebsart und/oder eine maximale Ladungsmenge bis zur Erfüllung der Abbruchbedingung an.In an advantageous embodiment of the invention, it is provided that the charge prediction characteristic field can be represented as a matrix with charge quantity parameters. The charge quantity parameters are the matrix elements Q ij of the matrix and indicate the amount of charge taken out at a time t. The charge quantity parameters are calculated until a predefinable termination condition of the calculation is fulfilled. In particular, the charge prediction map or each of the charge prediction maps specifies a charge quantity course over time for its associated operating mode and / or a maximum charge amount until the termination condition is met.

Insbesondere ist vorgesehen, dass die Ladungsmengenparameter zur Steuerung/Regelung von mindestens einem Verbraucher, insbesondere der elektrischen Maschine, im Stromkreis genutzt wird.Especially it is provided that the charge quantity parameters for the control of at least one consumer, in particular the electric machine, is used in the circuit.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Ladungsmengenparameter zur Steuerung/Regelung der elektrischen Maschine einem Steuergerät der elektrischen Maschine und/oder einer die Steuergeräte der Antriebsmaschinen (Motor-Steuergerät des Verbrennungsmotors beziehungsweise Elektromaschinen-Steuergerät der elektrischen Maschine) koordinierenden Einrichtung zur Verfügung gestellt werden. Diese koordinierende Einrichtung ist insbesondere ein Hybridantriebs-Steuergerät.Preferably It is provided that the charge quantity parameters for controlling the electric machine an electronic control unit Machine and / or one of the control units of the prime movers (Engine control unit of the internal combustion engine respectively Electric machine control unit of the electric machine) be made available to the coordinating institution. This coordinating device is in particular a hybrid drive control unit.

Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Durchführung des vorstehend genannten Verfahrens. Es ist vorgesehen, dass die Vorrichtung ein Teil eines Batterie-Management-Systems (BMS) eines Fahrzeugs, insbesondere eines Fahrzeugs mit einem Hybridantrieb oder einem Elektroantrieb, ist. Dazu ist bevorzugt ein Modell und ein Leistungs- und/oder Stromprofilgenerator im Batterie-Management-System implementiert. Der Leistungs- und/oder Stromprofilgenerator erstellt mindestens ein Stromanforderungsprofil und/oder mindestens ein Leistungsanforderungsprofil und/oder mindestens ein Temperaturprofil für je eine entsprechende Betriebsart eines Stromkreises des Fahrzeugs. Das Modell wird mit diesen Profilen beaufschlagt und erzeugt mindestens ein betriebsartabhängiges Leistungs- und/oder Ladungsprädikationskennfeld. Die Leistungs- und/oder Ladungsmengenparameter dieses Leistungs- und/oder Ladungsprädikationskennfeldes werden bei einem Fahrzeug mit Hybridantrieb insbesondere einem die Steuergeräte der Antriebsmaschinen koordinierenden Hybridantriebs-Steuergerät zur Verfügung gestellt.The invention further relates to an apparatus for carrying out the method mentioned above. It is envisaged that the device is part of a battery management system (BMS) of a vehicle, in particular a vehicle with a hybrid drive or an electric drive. For this purpose, a model and a power and / or current profile generator is preferably implemented in the battery management system. The power and / or current profile generator generates at least one current demand profile and / or at least one power requirement profile and / or at least one temperature profile for each corresponding operating mode of a circuit of the vehicle. The model is loaded and generated with these profiles at least one mode-dependent power and / or charge prediction map. The power and / or charge quantity parameters of this power and / or charge prediction characteristic map are provided in a vehicle with hybrid drive, in particular a hybrid drive control unit coordinating the control units of the drive machines.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Die Erfindung wird anhand der Figuren näher erläutert, und zwar zeigt:The Invention will be explained in more detail with reference to FIGS and that shows:

1 einen Hybridantrieb eines Fahrzeugs mit einem Verbrennungsmotor und zwei in einen Stromkreis eingebundenen elektrischen Maschinen, 1 a hybrid drive of a vehicle with an internal combustion engine and two electric machines integrated in a circuit,

2 ein Blockdiagramm einer Einzelalgorithmusstruktur eines Modells eines in den Stromkreis eingebundenen elektrischen Speichers und 2 a block diagram of a single algorithm structure of a model of an integrated circuit in the electrical memory and

3 eine Gesamtstruktur einer Vorrichtung zur Bestimmung einer zur Verfügung stehenden Ladungsmenge des elektrischen Speichers. 3 a total structure of a device for determining an available amount of charge of the electrical storage.

Ausführungsform(en) der ErfindungEmbodiment (s) of the invention

Die 1 zeigt einen Hybridantrieb 1 eines nicht näher dargestellten Fahrzeugs. Der Hybridantrieb 1 weist einen Verbrennungsmotor 2 sowie eine als Elektromotor 3 ausgebildete erste elektrische Maschine 4 auf. Der Verbrennungsmotor 2 wird mit Kraftstoff aus einem Tank 5 versorgt.The 1 shows a hybrid drive 1 a vehicle, not shown. The hybrid drive 1 has an internal combustion engine 2 and one as an electric motor 3 trained first electric machine 4 on. The internal combustion engine 2 gets fuel from a tank 5 provided.

Der Verbrennungsmotor 2 und der Elektromotor 3 sind über ein vorzugsweise als Planetengetriebe ausgebildetes Getriebe 6 miteinander kuppelbar. Ferner ist mit dem Getriebe 6 eine weitere elektrische Maschine 7 verbunden, die ebenfalls zum Hybridantrieb 1 gehört. Die Abtriebswelle des Elektromotors 3 steht mit einem Differenzial 8 in Verbindung, das zu den Antriebsrädern 9 des Fahrzeugs führt. Der Einfachheit halber ist nur ein Antriebsrad 9 dargestellt.The internal combustion engine 2 and the electric motor 3 are about a preferably designed as a planetary gear 6 Coupled with each other. Furthermore, with the gearbox 6 another electric machine 7 connected, which also to the hybrid drive 1 belongs. The output shaft of the electric motor 3 stands with a differential 8th connected to the drive wheels 9 of the vehicle leads. For the sake of simplicity, only one drive wheel 9 shown.

Der Verbrennungsmotor 2 ist an einem Motor-Steuergerät 10 und der Elektromotor 3 ist an einem Elektromaschinen-Steuergerät 11 zum Steuern/Regeln der Motoren 2, 3 elektrisch angeschlossen. Die weitere elektrische Maschine 7 und ein elektrischer Speicher 12 sind ebenfalls an das Elektromaschinen-Steuergerät 11 angeschlossen. Der elektrische Speicher 12 ist insbesondere als Batterie ausgebildet, vorzugsweise als Traktionsbatterie. Er ist mit einem Batterie-Management-System (BMS) 13 verbunden, das zur Kommunikation an eine die Steuergeräte 10, 11 koordinierende und als Hybridantrieb-Steuergerät 14 ausgebildete Einrichtung angeschlossen ist. Das Hybridantrieb-Steuergerät 14 ist dazu mit den Steuergeräten 10, 11 verbunden und koordiniert insbesondere deren Steuerung/Regelung der Motoren 2, 3. Die elektrischen Maschinen 4, 7 und der elektrische Speicher 12 bilden mit weiteren, nicht gezeigten elektrischen Komponenten einen Stromkreis 15 des Fahrzeugs.The internal combustion engine 2 is on an engine control unit 10 and the electric motor 3 is on an electrical machine control unit 11 for controlling / regulating the motors 2 . 3 electrically connected. The further electric machine 7 and an electrical storage 12 are also connected to the electrical machine control unit 11 connected. The electric storage 12 is designed in particular as a battery, preferably as a traction battery. He is using a battery management system (BMS) 13 connected to the communication to one of the control units 10 . 11 coordinating and as a hybrid drive control unit 14 trained facility is connected. The hybrid drive controller 14 is with the controllers 10 . 11 in particular connects and coordinates their control / regulation of the engines 2 . 3 , The electrical machines 4 . 7 and the electrical storage 12 form with other, not shown electrical components a circuit 15 of the vehicle.

Alternativ zum gezeigten leistungsverzweigenden Hybridantrieb 1 kann das Fahrzeug auch einen parallelen Hybridantrieb 1 oder einen Elektroantrieb aufweisen.Alternative to the shown power split hybrid drive 1 The vehicle can also have a parallel hybrid drive 1 or have an electric drive.

In 2 ist ein Blockdiagramm einer Verfahrenssequenz zur Bestimmung einer zu einem jeweiligen Zeitpunkt zur Entnahme zur Verfügung stehenden Ladungsmenge des elektrischen Speichers 13 für eine beliebige Betriebsart des Stromkreises 15 dargestellt. An einem Startpunkt 21 wird ein Klon eines Modells zur Nachbildung des elektrischen Speichers erstellt. Das Modell ist insbesondere ein mathematisches Modell. In einem darauf folgenden Schritt wird im Programmpunkt 22 dieser Klon des Modells mit einem Satz von m Temperaturprofilen i mit i = 1 ... m und für jedes dieser Temperaturprofile i mit einem Satz von n Leistungsanforderungsprofilen j mit j = 1 ... n – zum Beispiel mittels zweier Ineinander geschachtelter „FOR ... NEXT"-Schleifen beaufschlagt. Alternativ zur Verwendung von Leistungsanforderungsprofilen j werden Stromanforderungsprofile verwendet. In einem ersten Unterschritt (Programmpunkt 23) wird für jede sich so ergebende Kombination aus Temperaturprofil i und Leistungsanforderungsprofil j die zeitabhängige Ladungsmenge Qij = Qij(t) eines Lade- beziehungsweise Entlade-Prozesses des elektrischen Speichers 13 bis zu einer vorbestimmten Ladungsmenge Qa als Abbruchbedingung berechnet. In einem nachfolgenden Unterschritt (Programmpunkt 24) des Programmpunkts 22 wird der Betrag der Ladungsmenge Qij als Ladungsmengenparameter in einem Speicher des Batterie-Management-Systems 13 abgespeichert. In einem nachfolgenden Schritt (Programmpunkt 25) werden die Ladungsmengenparameter über den Temperatur- und Stromanforderungsprofilen aufgetragen und es ergibt sich ein betriebsartabhängiges Ladungsprädikationskennfeld.In 2 FIG. 12 is a block diagram of a process sequence for determining an amount of charge of the electrical memory available for removal at a particular time 13 for any mode of operation of the circuit 15 shown. At a starting point 21 a clone of a model for replicating the electrical storage is created. The model is in particular a mathematical model. In a subsequent step is in the program point 22 this clone of the model with a set of m temperature profiles i with i = 1 ... m and for each of these temperature profiles i with a set of n power requirement profiles j with j = 1 ... n - for example by means of two nested "FOR. In addition to the use of power demand profiles j, power demand profiles are used in a first substep (program point 23 For each combination of temperature profile i and power requirement profile j that results, the time-dependent charge quantity Q ij = Q ij (t) of a charging or discharging process of the electrical storage 13 calculated up to a predetermined charge amount Q a as a termination condition. In a subsequent substep (program item 24 ) of the program item 22 becomes the amount of the charge amount Q ij as a charge amount parameter in a memory of the battery management system 13 stored. In a subsequent step (program point 25 ), the charge quantity parameters are plotted against the temperature and current demand profiles, resulting in a mode-dependent charge prediction map.

Der in der 2 dargestellte Algorithmus benötigt zur klaren Definition die folgenden Parameter:

  • – einen Satz an Leistungsanforderungsprofilen j (alternativ: einen Satz an Stromanforderungsprofilen), die für das Fahrzeug mit Hybridantrieb 1 (Hybridfahrzeug) charakteristisch sind,
  • – einen Satz an relevanten Temperaturprofilen i für jeden Satz an Leistungsanforderungsprofilen j (beziehungsweise Stromanforderungsprofilen) auf der Basis der aktuellen Umgebungstemperatur T des elektrischen Speichers 12 und
  • – eine vorbestimmte Ladungsmenge Qa als Abbruchbedingung zur Beendigung der Anwendung des jeweiligen Leistungsanforderungsprofils j (Stromanforderungsprofils).
The Indian 2 The algorithm described requires the following parameters for a clear definition:
  • A set of power requirement profiles j (alternatively: a set of power demand profiles) corresponding to the hybrid propulsion vehicle 1 (Hybrid vehicle) are characteristic,
  • A set of relevant temperature profiles i for each set of power requirement profiles j (or power demand profiles) based on the current ambient temperature T of the electrical storage 12 and
  • A predetermined amount of charge Q a as a termination condition for terminating the application of the respective power requirement profile j (power demand profile).

Die 3 zeigt eine Gesamtstruktur einer Vorrichtung 26 zur Bestimmung einer zur Verfügung stehenden Ladungsmenge des elektrischen Speichers 12, bei der über eine Messeinrichtung 28 zum Beispiel die aktuelle Spannung des elektrischen Speichers 12 an einen im Batterie-Management-System 13 implementierten Stromprofilgenerator 27 ausgegeben wird (Pfeil 29). Weiterhin übermittelt das die Steuergeräte 10, 11 der Antriebsmaschinen 2, 3 (der mindestens eine Verbrennungsmotor 2 und der mindestens eine Elektromotor 3) koordinierende Hybrid-Steuergerät 14 ein Anforderungssignal an den Leistungs- oder Stromprofilgenerator 27 mit dem ein einer Betriebsart entsprechendes Leistungs- oder Stromanforderungsprofil oder mehrere dieser Stromprofile ausgewählt wird (Pfeil 30).The 3 shows a whole structure of a device 26 for determining an available amount of charge of the electrical storage 12 in which via a measuring device 28, for example, the current voltage of the electrical storage 12 to one in the battery management system 13 implemented power profile generator 27 is output (arrow 29 ). Furthermore, this transmits the control units 10 . 11 the drive machines 2 . 3 (The at least one internal combustion engine 2 and the at least one electric motor 3 ) coordinating hybrid control unit 14 a request signal to the power or current profile generator 27 with one of a mode corresponding power or current demand profile or more of these power profiles is selected (arrow 30 ).

Der Leistungs- oder Stromprofilgenerator 27 erstellt das mindestens eine Stromanforderungs- und/oder Temperaturprofil, im Beispiel der 3 fünf alternative Klone (Blöcke 31 bis 35) des Modells zur Nachbildung des elektrischen Speichers 12. Die fünf Klone entsprechen zum Beispiel den Betriebsarten: elektrisches Fahren (Block 31), Boostbetrieb (Block 32), Rekuperationsbetrieb (Block 33) Grundlastbetrieb (Block 34) und Start des Verbrennungsmotors (Block 35).The power or current profile generator 27 creates the at least one current demand and / or temperature profile, in the example of 3 five alternative clones (blocks 31 to 35 ) of the model for the replica of the electrical storage 12 , The five clones correspond, for example, to the operating modes: electric driving (block 31 ), Boost mode (block 32 ), Recuperation operation (block 33 ) Basic load operation (block 34 ) and start the internal combustion engine (block 35 ).

Anschließend wird aus den erstellten Ladungsmengenparametern der betriebsartabhängigen Ladungsprädikationskennfelder ein Gesamt-Ladungsprädikationskennfeld (Block 36) erstellt. Die Ladungsmengeparameter Qij werden anschließend an das den Betrieb des Stromkreises steuernde Steuergerät 11, 14 ausgegeben (Pfeil 37). Dieses Steuergerät kann das Elektromotor-Steuergerät 11 sein, ist bevorzugt jedoch das Hybridantriebs-Steuergerät 14.Subsequently, from the created charge quantity parameters of the mode-dependent charge prediction characteristics, a total charge prediction characteristic field (block 36 ) created. The charge quantity parameters Q ij are then applied to the controller controlling the operation of the circuit 11 . 14 output (arrow 37 ). This control unit can be the electric motor control unit 11 however, the hybrid drive controller is preferred 14 ,

Es ergeben sich folgende potentielle Erweiterungen/Alternativen:

  • 1. Bestimmung einer Maximalleistung, die dem elektrischen Speicher für eine Zeitspanne von mindestens Δt entnommen werden kann. Damit kann eine maximale Zeitspanne bestimmt werden, in der der Hybridantrieb 1 im Boostbetrieb betrieben wird.
  • 2. Erstellung eines leistungsbasierten Kennfeldes. Anstelle einer Beaufschlagung des Modells mit dem Satz an Stromanforderungsprofilen wird das Modell mit einem Satz von Leistungsanforderungsprofilen beaufschlagt, wobei der Strom der sinkenden Klemmenspannung angepasst wird. Mit einem derartigen Satz von Leistungsanforderungsprofilen kann eine maximale Zeitspanne für ein rein elektrisches Fahren ermittelt werden.
  • 3. Erweiterung der Stromanforderungsprofile durch Hintereinanderausführen von "Basisstromprofilen". Die Basisstromprofile sind vereinfachte Lastprofile, die aus einer Analyse der Betriebsmodi und Batterielastprofilen gewonnen werden.
The following potential extensions / alternatives result:
  • 1. Determination of a maximum power that can be taken from the electrical storage for a period of at least .DELTA.t. Thus, a maximum period of time can be determined in which the hybrid drive 1 is operated in boost mode.
  • 2. Creation of a performance-based characteristic map. Instead of loading the model with the set of power demand profiles, the model is loaded with a set of power demand profiles, with the current being adjusted to the decreasing terminal voltage. With such a set of power demand profiles, a maximum period of time for purely electric driving can be determined.
  • 3. Extension of the current demand profiles by consecutive execution of "base current profiles". The base current profiles are simplified load profiles derived from an analysis of operating modes and battery load profiles.

Bei derartigen erweiterten Stromprofilen können zum Beispiel Zusatzinformationen aus Navigationsdaten eingehen.at such extended power profiles may, for example Additional information from navigation data received.

Grundidee des Verfahrens ist die Prädikation der zur Verfügung stehenden Ladungsmenge des elektrischen Speichers 12, in dem ein Modell zur Nachbildung des elektrischen Speichers 12, vorzugsweise ein bereits vorhandenes Modell, das das Verhalten des elektrischen Speichers 12 wiedergibt, virtuell mit dem entsprechenden Stromanforderungsprofil und Temperaturprofil "belastet" wird. Die Abbruchbedingung definiert eindeutig das Ende des Lastprofils. Die in der Zwischenzeit entnommenen oder hinzugefügten Ladungsmenge wird aufsummiert. Das Ergebnis ist ein Ladungsmengenparameter eines Ladezustandskennfeld mit zugehörigem Stromanforderungs- und Temperaturprofil. Es ergeben sich folgende Vorteile:

  • 1. Der verwendete Algorithmus ist unabhängig von der inneren Struktur des Modells zur Nachbildung des elektrischen Speichers, da das Modell als Black-Box verwendet wird.
  • 2. Der Algorithmus ist differenzierend, da je nach Betriebsmodus (elektrisches Fahren, Boostbetrieb, Verbrennerstart, etc.) entsprechend relevante Stromanforderungsprofile gewählt werden.
The basic idea of the method is the predication of the available amount of charge of the electrical storage 12 in which a model for the replica of the electrical storage 12 , preferably an already existing model, showing the behavior of the electrical storage 12 is virtually "loaded" with the corresponding power demand profile and temperature profile. The termination condition clearly defines the end of the load profile. The amount of charge taken or added in the meantime is summed up. The result is a charge quantity parameter of a charge state map with associated current demand and temperature profile. There are the following advantages:
  • 1. The algorithm used is independent of the internal structure of the electric memory replica model because the model is used as a black box.
  • 2. The algorithm is different, because depending on the operating mode (electric driving, boost mode, start of combustion, etc.) correspondingly relevant current demand profiles are selected.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • - DE 10301823 A1 [0002] - DE 10301823 A1 [0002]

Claims (10)

Verfahren zur Bestimmung einer zu einem jeweiligen Zeitpunkt zur Verfügung stehenden Leistung und/oder elektrischen Arbeit und/oder entnehmbaren Ladungsmenge eines in einem Stromkreis eingebundenen elektrischen Speichers, insbesondere einer Batterie, mittels eines Modells zur Nachbildung des elektrischen Speichers, wobei das Modell aus mindestens einem den Ladezustand des Speichers kennzeichnenden Parameter zu mindestens einem ersten Zeitpunkt eine zur Entnahme zur Verfügung stehende Leistung und/oder elektrische Arbeit und/oder Ladungsmenge zu mindestens einem zweiten Zeitpunkt berechnet, dadurch gekennzeichnet, dass das Modell mittels mindestens eines eine jeweilige Betriebsart des Stromkreises kennzeichnenden Stromanforderungsprofils und/oder Leistungsanforderungsprofils und/oder Temperaturprofils beaufschlagt und die dazugehörige zur Verfügung stehende Leistung und/oder elektrische Arbeit und/oder Ladungsmenge ermittelt wird.Method for determining a power available at any given time and / or electrical work and / or removable amount of charge of an electrical memory integrated in a circuit, in particular a battery, by means of a model for simulating the electrical storage, wherein the model comprises at least one of Charging state of the memory characterizing parameters at least a first time calculates a power available for removal and / or electrical work and / or charge amount calculated at least a second time, characterized in that the model by means of at least one a respective operating mode of the circuit characteristic current demand profile and / or power requirement profile and / or temperature profile applied and the associated available power and / or electrical work and / or charge quantity is determined. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Speicher in dem Stromkreis eines Fahrzeugs ausgebildet ist.Method according to claim 1, characterized in that that the electrical memory in the circuit of a vehicle is trained. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug einen Hybridantrieb mit mindestens einem Verbrennungsmotor und mindestens einer im Stromkreis eingebundenen elektrischen Maschine als Antriebsmaschinen aufweist.Method according to claim 2, characterized in that that the vehicle is a hybrid drive with at least one internal combustion engine and at least one electrical machine incorporated in the circuit having as prime movers. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Betriebsart des Fahrzeugs mit Hybridantrieb ein elektrisches Fahren und/oder ein Boostbetrieb und/oder ein Rekuperationsbetrieb und/oder ein Start des Verbrennungsmotors und/oder ein Ladebetrieb ist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one mode of the Hybrid vehicle electric driving and / or a Boosting operation and / or a recuperation operation and / or a start of the internal combustion engine and / or a loading operation. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsart aufgrund der Berechnung des Modells ausgewählt und angewendet wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the operating mode based on the calculation of the model is selected and applied. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für mindestens eine Betriebsart ein betriebsartabhängiges Ladungsprädikationskennfeld erstellt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that for at least one mode a mode-dependent charge prediction map is created. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Ladungsprädikationskennfeld als Matrix mit Ladungsmengenparametern darstellbar ist.Method according to Claim 6, characterized that the charge prediction map as a matrix with charge quantity parameters is representable. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladungsmengenparameter zur Steuerung/Regelung der elektrischen Maschine genutzt werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the charge quantity parameters for controlling / regulating the electric machine can be used. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladungsmengenparameter zur Steuerung/Regelung der elektrischen Maschine einem Steuergerät der elektrischen Maschine und/oder einer ein Steuergerät des Verbrennungsmotors und das Steuergerät der elektrischen Maschine koordinierenden Einrichtung zur Verfügung gestellt werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the charge quantity parameters for controlling / regulating the electric machine an electronic control unit Machine and / or a control unit of the internal combustion engine and the control unit of the electrical machine coordinating Facility to be provided. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (26) ein Teil eines Batterie-Management-Systems (13) eines Fahrzeugs, insbesondere eines Fahrzeugs mit einem Hybridantrieb (1) oder mit. einem Elektroantrieb, ist.Device for carrying out a method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the device ( 26 ) a part of a battery management system ( 13 ) of a vehicle, in particular a vehicle with a hybrid drive ( 1 ) or with. an electric drive, is.
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